制作折射率導引型結構的VCSEL,需要改變光腔周圍的折射率。這可以通過刻蝕/再生長工藝來實現(xiàn),其基本原理就是在光腔周圍生成一個新的半導體材料(折射率也隨之變化),起到光場的橫向限制作用,如圖所示。具體步驟為先制作刻蝕掩模(SiO2,SiNx),將光腔刻蝕成柱型,然后在刻蝕掉的地方通過再次外延工藝生長出新的材料。
刻蝕/再生長結構除了對出射光有著良好的限制作用外,還可以對注入電流進行有效的橫向限制,并且鈍化有源區(qū)的側面及有著良好的熱沉特性。然而,由于構成DBR的AlGaAs非常容易受到諸如化學工藝、離子轟擊及空氣氧化等因素的影響,這些都會對外延生長造成影響。尤其是AlGaAs表面氧化層非常難去除。因此在進行外延生長工藝之前,需要進行特殊的清除及刻蝕處理,并避免將器件暴露在空氣中。
在高A1組分的VCSEL上進行再生長的可行方法有3種。
第一種方法是掩埋異質結型VCSEL,先用干法刻蝕,再用液相外延(LPE)生長。只是LPE中所用到的回熔清除工藝難以控制,不利于制作小尺寸的VCSEL。而且LPE只能再GaAs上外延生長,因此需要非常深的刻蝕(≥8 μm),并且還要再生長幾個;μm的材料才能覆蓋諧振腔。
第二種方法是原位干法刻蝕和MBE再生長。將刻蝕設備和MBE的生長室用一個超高真空環(huán)境的傳送裝置連接,以避免A1GaAs表面與空氣的接觸。采用此工藝可以得到良好的生長質量,不好的方面是,整個設備都需要置于真空環(huán)境中,操作復雜且成本較高。